閆金花講師

(西南科技大學 土木工程與建筑學院,四川 綿陽 621010)

0 引言

商業(yè)建筑內(nèi)部空間大,火災荷載大,沒有或缺少實體分隔,火災從初起到蔓延的過程發(fā)展迅速,火勢猛烈,撲救難度大,造成的損失也很大。目前,我國面積大于5萬m2的大型商業(yè)綜合體超過5000座,其中10萬m2以上的超過1400座,且仍呈繼續(xù)增長態(tài)勢[1]。對于建筑火災風險的研究主要集中于對單體建筑火災風險的評估,如Hansen等[2]建立一種火災風險模型(Fire Risk Model),可根據(jù)高層建筑的建筑特征、消防安全特征對居住者的生命安全水平和財產(chǎn)損失風險水平進行評估;Li等[3]提出高層建筑火災評估指標體系,并采用灰色關聯(lián)度、層次分析法和模糊評估法建立數(shù)學模型,可應用于高層建筑火災風險分析中;Matellini等[4]提出利用貝葉斯網(wǎng)絡模型研究住宅火災,以提高住宅火災安全評估的可信度。這些研究多集中于高層建筑和住宅,較少涉及商業(yè)建筑,而且主要是針對單體建筑進行火災風險評估,不能對目前已有建筑尤其是商業(yè)建筑的總體消防滅火水平進行有效評估,而且很多指標在評估過程中過度依賴專家的經(jīng)驗和知識背景。由于各位專家的研究領域及工作性質不同,因此在評估過程中無法更客觀和全面地進行指標打分,從而影響了評估結果的準確性。

我國在消防滅火方面的研究多集中于消防滅火戰(zhàn)略戰(zhàn)術的研究和消防管理對策分析,對滅火過程中的隱患研究甚少。筆者認為滅火過程不應只包含消防滅火這一個階段,還應該從系統(tǒng)、發(fā)展的觀點來看待消防滅火過程。從發(fā)現(xiàn)火災到滅火的全過程中,存在諸多影響因素,如火災自動報警、初期人員報警、滅火裝備、滅火條件等,這些都有可能導致滅火的失敗。本文通過對已發(fā)生重特大火災事故的商業(yè)建筑進行消防滅火分析,建立火災模糊故障樹模型[5-6],數(shù)據(jù)分析方面采用區(qū)間上的L-R型模糊數(shù)的分布函數(shù)作為模糊故障樹中基本事件概率的隸屬函數(shù)[7-8],然后通過模糊故障樹分析,得到系統(tǒng)模糊數(shù)的總體概率分布函數(shù),最后通過敏感度分析,給出商業(yè)建筑滅火過程的防火策略,從而有效消除大空間商業(yè)建筑的消防隱患。

1 消防滅火故障樹模型

特別重大火災指造成30人以上死亡,或者100人以上重傷,或者1億元以上直接財產(chǎn)損失的火災;重大火災指造成10人以上30人以下死亡,或者50人以上100人以下重傷,或者5000萬元以上1億元以下直接財產(chǎn)損失的火災(源自公安部辦公廳公傳發(fā)[2007]245號《關于調整火災等級標準的通知》)。通過對我國商業(yè)建筑重特大火災事故進行統(tǒng)計調查,全過程分析消防滅火失敗的原因,可知:消防滅火與火災自動報警時間是否延遲、初期人員報警延遲、室外消火栓是否有效發(fā)揮作用、消防裝備條件、起火位置隱蔽、滅火條件、施工現(xiàn)場是否有人監(jiān)管、消防通道是否暢通、建筑物內(nèi)是否設置有消防電梯、安全通道是否上鎖等情況都有關聯(lián)。當滅火時間延遲和滅火條件不具備同時發(fā)生時會導致消防滅火失敗,而滅火時間延遲是由火災報警時間延遲或報警后消防車到達延遲造成,火災報警時間延遲是由初期火災發(fā)現(xiàn)延遲或人員報警延遲造成,初期火災發(fā)現(xiàn)延遲是由火災自動報警系統(tǒng)報警失敗且人員察覺火災發(fā)生時間延遲造成?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)報警失敗是由未安裝火災自動報警系統(tǒng)或安裝后被拆除等基本事件造成,用b1,b2,…,b6表示;人員察覺火災發(fā)生時間延遲是由值班人員未及時巡查等基本事件造成,用c1,c2,c3表示;人員報警延遲是由報警電話未設置或設置不當?shù)然臼录斐?用l1,l2,…,l4表示;滅火條件不具備是由消防通道不暢等基本事件造成,用l5,l6,…,l16表示。報警后消防車到達延遲和滅火戰(zhàn)術不適當為非基本事件,不做討論,由此建立商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹模型,如圖1。

2 故障樹模糊分析

2.1 隸屬函數(shù)

為確定系統(tǒng)中各基本事件的概率,需要選用合適的模糊分布來確定其模糊數(shù)的隸屬函數(shù)。考慮到各基本事件的概率是在[0,1]之間的某一值左右波動,選用中間型的模糊分布較為合適。在中間型模糊分布中,線性分布的基本事件發(fā)生概率的模糊數(shù)是直線與橫軸的2個交點之間的區(qū)間,其隸屬度在[0,1]之間變化,而在這一區(qū)間外點的隸屬度為0;在非線性分布中,基本事件概率分布在某一點處為峰值點,其隸屬度為1,由該峰值點處向左、右無限延伸,取概率值[0,1]之間的各點的隸屬函數(shù)作為基本事件概率的模糊分布,不存在隸屬度為0的點[9-12]。由于火災數(shù)據(jù)的缺乏,無法判定基本事件概率模糊數(shù)中隸屬度為0的點,無法將其概率限制在某一區(qū)間內(nèi),因此,選用非線性的模糊分布較為合適,考慮到基本事件概率是在[0,1]之間的某一值附近波動,于是選取[0,1]區(qū)間上對稱的L-R型模糊數(shù)的分布函數(shù)作為模糊故障樹中基本事件概率的隸屬函數(shù),記為(m,α,β),m為模糊數(shù)的均值,α、β為模糊數(shù)的左、右分布,概率均值的隸屬度取1。

圖1 商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹Fig.1 The fault tree for the fire extinguishing in commercial buildings

x∈R

(1)

x∈R

(2)

x∈R

(3)

其中,mj,mk,mn分別為基本事件bj,ck,ln概率模糊數(shù)的最大似然估計。

圖2 基本事件模糊數(shù)的分布Fig.2 The of distribution of the fuzzy number of the basic events

2.2 總體概率分布函數(shù)

商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹的結構函數(shù)為:

ψ=[(b1+b2+…+b6)·(c1+c2+c3)+(l1+l2+l3+l4)]·(l5+l6+…+l16)

其中:b1與b2,…,b6之間互斥,b2,…,b6之間相互獨立;c1,c2,c3之間相互獨立;l1,l2,l3,l4之間相互獨立;l6與l7,…,l10之間互斥,l7,…,l10之間相互獨立;l5,l11,…,l16之間相互獨立。

總體概率分布函數(shù)為:

(4)

2.3 敏感度分析

應用泛函分析中距離的概念定義模糊敏感度,從而反映出模糊集之間的整體差異。

1 若U={u1,u2,…,ur}是有限集,定義

(5)

2 若U=[a,b]是實數(shù)集上有限閉區(qū)間時,定義

(6)

對于有界模糊數(shù),可以利用模糊數(shù)的中值來計算模糊重要度。

可推導得:

(7)

仍為有界模糊數(shù),其中值為mTe[19～21]。

STi=mTe-mTie≥0

(8)

3 應用分析

調查并分析商業(yè)建筑特大火災案例情況[22],根據(jù)公式(1)-(3),得到消防滅火失敗故障樹各基本事件模糊數(shù)的均值及左、右分布,見表1。

表1 基本事件模糊數(shù)的均值及左、右分布Tab.1 The mean value, and the left and right distributions of the fuzzy number of basic events

由式(4),得到商業(yè)建筑消防滅火失敗模糊故障樹總體概率分布函數(shù):

根據(jù)式(7)、(8),得到商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹各基本事件的模糊敏感度,見表2。

對基本事件的模糊敏感度結果進行分析得知:

(1)c1事件——值班人員未及時巡查對消防滅火的影響最大;其次是b1事件——未安裝火災自動報警系統(tǒng)或安裝后被拆除,兩者對滅火失敗模糊故障樹頂事件的影響最大,影響的模糊敏感度數(shù)量級達到10-1。

(2)在人員察覺火災發(fā)生的時間延遲事件中,l3事件——發(fā)現(xiàn)火災后未及時報警對故障樹頂事件的影響最大,影響的模糊敏感度數(shù)量級達到10-2。

表2 基本事件的模糊敏感度Tab.2 The fuzzy sensitivity of basic events

(3)在消防裝備落后事件中,l11事件——消防車功率小、質量差、數(shù)量少,l12事件——消防人員個人防護裝備配備情況差對故障樹頂事件的影響最大。

(4)在室外消火栓情況中,l8事件——室外消火栓供水不足對消防滅火的影響最大。

(5)在火災自動報警系統(tǒng)中,b2事件——火災自動報警系統(tǒng)被關閉對故障樹頂事件的影響最大。

(6)施工過程中的c3事件——施工人員思想麻痹,施工現(xiàn)場無人監(jiān)管的問題突出。

(7)在消防設施中,l5事件——消防通道不暢問題最突出。

(8)c2事件——起火位置隱蔽,不易被發(fā)現(xiàn),如吊頂?shù)忍幓馂陌l(fā)生時不易被發(fā)現(xiàn),當人員察覺到火災發(fā)生時,往往火災已經(jīng)發(fā)展到難以撲滅的程度。雖然對消防滅火影響較小,但火災發(fā)現(xiàn)晚造成的損失較為嚴重,因此,針對這一點,應注意預防。

綜上分析,結果與實際相符,報警延遲對消防滅火的影響最大,因此大空間商業(yè)建筑首先應加強日常人員的巡查工作,發(fā)現(xiàn)火災及時報警,同時安裝火災自動報警系統(tǒng)并保證其處于開啟狀態(tài);其次應改善消防滅火裝備以及消防車、消防人員個人防護裝備配備情況;最后應解決室外消火栓供水不足的問題,這樣才能有效地提高商業(yè)建筑消防滅火的可靠度。

4 結論

(1)通過對已發(fā)生重特大火災事故的商業(yè)建筑進行分析,建立了商業(yè)建筑消防滅火模糊故障樹模型,評估了我國目前商業(yè)建筑的總體消防滅火水平。

(2)找到已建商業(yè)建筑內(nèi)部確實存在的消防隱患,通過模糊敏感度分析,給出了商業(yè)建筑消防滅火的策略,可以有效地提高商業(yè)建筑消防滅火的可靠度。

(3)所建立的模型對于商業(yè)建筑的滅火處置和滅火過程中所遇到的困難沒有做更多的討論,還可以做進一步的細化研究,使模型趨于更加完善。